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ABB:S750带选择性的过电流保护断路器

2012-08-02 14:34
瑾年Invader
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  选择性配合保证供电连续性

  半个世纪以前,国内电气化程度不高,停电对用户影响不大,终端配电方案主要考虑供电安全性,发生短路时应迅速切断故障保证设备安全,即主要考虑供电设备自身的安全性。

  多年来电力、电子、计算机技术的高速发展,使国民和经济对电力供应的依赖性越来越大,停电往往造成不可估量的损失。配电保护的理念也从“设备安全”上升到“系统安全”,即除了考虑供电设备自身安全外,还须考虑供电系统的完整性:在发生短路故障把断电区域压缩到最小范围,尽可能保证非故障区域的供电连续性。

  提高终端保护电器上下级之间的选择性配合程度,能更大程度保证供电连续性,可避免上级断路器不必要跳闸,也避免了相邻回路的不必要失电。

  非故障回路的失电在很多场合是不可接受的,例如:医院或安全回路的供电连续性就十分重要。所以,IEC60364低压电气装置标准规定必须考虑选择性配合,特别是在特殊应用场合;国家标准GB50054低压电气设计规范也规定了相应的要求。

  另外,重要工业商业用户或电气承包商也会对选择性配合提出相应的要求,以保证其供电的连续性。

  选择性和后备保护的区别

  在低压电气领域中,选择性配合和后备保护的概念源于IEC60947-1/GB14048.1标准,它指多个串联的过流保护装置之间配合,并分为:选择性和/或后备保护,也有国家把其中的后备保护(backup)称为级联(cascade)。

  非常严谨的是,该标准在描述这两种配合关系时使用了“和”及“或”两种联接词。换言之,对于过流保护装置的配合,两种配合可能同时存在,也可能两者居一。这是因为,选择性和后备保护对过流保护器件有着矛盾的技术要求,一般只能二者居一;但也不排除由于技术进,可研发出某种过流保护器件(以下以断路器为例)同时满足选择性和后备保护的要求。

  有没有断路器可同时改善选择性和后备保护?

  ABBS750带选择性的过电流保护断路器给出了肯定的答案,这是因为S750具有特殊设计的内部结构。可参阅《微型断路器的技术突破-S750带选择性的过电流保护断路器》一文了解详情。

  需要指出的是,在选择性配合中可能存在一种误解,认为只要断路器之间额定电流相差2~3倍,就可以保证选择性了。实际上,这只是针对过载保护而言,因为在过载段(1~10In)可用脱扣特性曲线判断两个断路器的动作是否交叉;但这没有考虑短路保护段的情况,断路器的短路动作特性并不取决于脱扣曲线,而是取决于短路允通能量(let-throughenergy)或焦耳积分(I2t)。因此,如果要求提供“全选择性”,必须同时研究短路段的选择性配合,并考虑故障时预期短路电流可能很大,甚至达到或超过下级断路器的额定分断能力。

  S750带选择性的过电流保护断路器的安装

  德国供电部门早就使用S750(S700)作为住宅电力

  用户的进户主开关,它的进线侧是进户熔断器,它的出线侧是电度计量表和户内各回路微型断路器(MCB)。

  作为SMCB(SelectiveMainCircuitBreaker),S750的任务是:1)保障和下级MCB的全选择性并提供后备保护;2)改善和上级进户熔断器的选择性。

  S750具有特殊结构和限流功能,它不但提升了和下级MCB的选择性,也提供了后备保护。经验证,其选择性电流极限值甚至高于下级MCB的Icn值。

  同理,鉴于S750的特殊限流设计,其短路焦耳积分(I2t)也呈数量级减小,使进户熔断器的熔断概率大大降低。在合理配置进户熔断器时,它和SMCB的选择性电流极限最高可达SMCB的Icn值。

  S750带选择性的过电流保护断路器的选用

  国内供电部门直接供电的住宅用户一般采用单相进线,不过对于负载较大的用户,也有采用三相进线。

  参照DGJ-20-2001上海住宅设计标准,根据每套住宅的用电负荷,可采取不同的供电方式:

  配套功率S750安装在供电部门电表箱内

  <8kW单相供电

  =8kW单相供电,但复式/别墅等宜用三相供电

  >8kW宜用三相供电

  S750SMCB可用作单个住宅单元的进线开关,也可用作多个住宅单元的总进线开关,两者的安装位置有所不同,开关的电流等级由负载电流确定:

  §对于一般住宅,S750可安装在楼层公共部位或配电间内

  S750作为多个住宅单元的总进线开关,其负载电流一般不超过100A(三相供电)

  S750作为单个住宅单元的总进线开关,其负载电流一般不超过40A(单相供电)

  §对于高级住宅,S750可安装在供电部门的电度表箱内

  S750作为单个住宅单元的总进线开关,其负载电流一般不超过50A(单相供电)

  S750作为单个住宅单元的总进线开关,其负载电流一般不超过40A(三相供电)

  S750带选择性的过电流保护断路器的应用

  以下给出8种应用场合示例供参考,方案左侧的黄色框内是计量单元,方案右侧粉色框内是配电单元:

  注:

  §对于Fuse,S750和SH200三者的选择性配合极限,可查阅ABB公司的技术样本资料。

  §对于已画出安装剩余电流动作保护(RCBO)回路,建议把应急照明等回路独立于RCBO之外。

  §方案中仅表示S750和MCB配合示例,未画出可能需配置的剩余电流保护装置或过压保护装置等。

  在可持续性发展中,低压配电系统的节能评价是一个趋势。目前政府有关部门已经开始前期工作,包括计量政府部门的各类负载消耗。S750非常适合用于电度表前的主开关,既为电表和回路提供过流保护,又大大提高了和下级断路器的选择性配合,提高了供电连续性。

  借助S750对恶劣环境的良好适应性,它也可用于工业项目,如电信数据中心直流改造项目中用作直流整流模块进线开关,有利于提高模块供电可靠性;在环境恶劣的风电机组中,用作690V控制电机的主开关,可最大程度优化和下级MMS的选择性配合并获得高达35kA的组合分断能力。

  S750带选择性的过电流保护断路器的应用讨论

  §为了提高用户端的供电连续性,不建议把防止人身电击伤害的的剩余电流保护装置安装在进户回路中。这

  些剩余电流动作保护装置(RCD/RCCB/RCBO)应靠近被监控电气回路,并尽可能只切除故障回路的供电。如果住宅进线回路中含有剩余电流保护功能,在发生漏电或接地故障时切断电源时,可能引起全宅停电;从而失去安全照明或安全系统的供电,亦即降低了供电的连续性。

  当然,需要时ABB可提供各种RCD/RCCB/RCBO,详情参阅ABB低压产品选用手册和样本。建议在分回路安装RCD/RCCB/RCBO以减小停电范围;并注意和下级保护电器的选择性配合。

  §某些国家使用熔断器作为故障条件下的电击保护。但只有在故障电流大到足以使熔断器熔断时,才可

  能提供这种电击保护。TT系统接地电流不会很大,不能采用这种方法。TN系统的接地电流较大,有可能采用这种方法;根据相关标准,为确保安全,熔断器应在0.4s内熔断,但熔断器特性分散,为留有安全裕度,要求验证熔断器是否能0.3s内(提前0.1s)就能因接地故障电流而熔断(故障电压不大于50V)。这些要求已经规定在GB24530的附件D1和附件D2中了。

  §随着终端配电容量日益增长,高分断能力的微型断路器(MCB)已成为必需,但这往往超过一般MCB的分

  能力,实际上也并非需要提高所有回路的MCB的分断能力,因为S750提供的后备保护可有效地提升下级MCB的分断能力而用于预期短路电流更高的场合。且S750过电压等级类别为IV级,高于MCB的III级;S750污染等级为3级,高于普通MCB的2级,S750额定冲击耐受电压Uimp=9.8kV(1.2/50ms),高于普通MCB6kV(1.2/50ms),所以由S750作用户进线主开关,是最合适不过的了。

  §在德国或欧洲,S750是安装在电度表前的,这是因为供电部门要求在入户熔断器、主断路器、分断路器之

  间提供更好的选择性,降低入户熔断器熔断的概率,也要求对电表提供短路保护和过载保护(尤其在发生很高短路电流时),而电度表前安装的S750所保护的范围较大(可保护电度表前后的短路)。另外,在用户外出时,允许用户切断电度表及负载以节约空巢能耗,并防止非授权地使用电能。在中国,S750可安装在电度表前或电度表后,因为国内供电部门的要求是基本类似的。当然,当S750装在表前时,供电部门必须加锁管理。

  小结

  S750带选择性的过电流保护断路器是低压终端配电断路器在技术上的突破,其分断能力高达25kA(IEC60898-1/GB10963.1标准规定的最高值),为下级MCB提供了良好的选择性配合和后备保护,并改善了和上级熔断器的选择性。适合用于低压用户的进线主开关,也适合与需要选择性配合的工业环境和商业应用场合。
 

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